CN103044706B - 一种无载体环保协效阻燃母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种添加到有机合成材料中的无载体环保协效阻燃母粒及其制备方法；一种无载体协效阻燃母粒包括（重量比）：协效阻燃剂85%～95%；活性支化高分子量硅氧烷5%～15%；制备步骤包括：第一步，将协效阻燃剂与活性支化高分子量硅氧烷混合成均匀混合物，混合温度为70～80℃，混合时间为30分钟；第二步，将混合好的粘结物料常温挤压成型；本发明无载体，通用性广，有效成分高，添加量低，且制备方法简单，无需高温加热，并能有效减少粉尘污染，改善劳动环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种无载体母粒及其制备方法，尤其是一种无载体环保协效阻燃母粒及其制备方法。
背景技术
协效阻燃作用是指构成阻燃体系的两种（其中一种为主阻燃剂，另一种为协效阻燃剂）或两种以上组分，其共同阻燃效应优于各组分阻燃效应之和。随着现代阻燃科学的发展，协同效应技术日益得到广泛应用，特别是在多功能阻燃体系中，此技术不仅能够明显提高体系的阻燃效率，而且可以降低阻燃体系中的某些价格昂贵或稀缺组分的含量，满足某些领域日益严格的阻燃要求。
三氧化二锑（简称氧化锑）为目前应用最为广泛的协效阻燃剂，在卤-锑阻燃体系中，具有无可比拟的协同阻燃效应，但其存在价格昂贵，资源紧缺、生产污染严重、含有铅、砷重金属等缺点。为克服上述应用缺陷，目前市场上开发出了其它多种协效阻燃剂，如氧化铁、氧化锌、硼酸锌、磷酸锌、蒙脱土、高岭土等。专利CN102212207A也开发了一种环保协效阻燃剂FRP-33，包括（重量比）：纳米二氧化硅10%～15%，氧化镁70%～80%，氧化铝3%～5%，硅烷偶联剂1%～2%，季戊四醇四硬脂酸酯1%～8%。此协效阻燃剂制造方法简单，可部分或全部替代三氧化二锑，在保证良好阻燃效应的同时，可明显降低阻燃成本。
但上述所有协效阻燃剂均为无机物，为确保阻燃效率，其粒径均为微米级，甚至纳米级。因而在生产应用过程中会产生“架桥”现象，混炼质量较差，更为严重的是其在使用过程中会产生大量的粉尘污染，严重危及人身健康。目前，母粒技术成为解决此问题有效手段，并在下述专利中已有公开描述。
专利CN102558850A公布了一种以20～40%（重量比）尼龙6为载体，以硼酸锌、氧化锌、二氧化硅、聚硅氧烷、阻燃化改性粘土为协效阻燃剂，通过熔融挤出造粒，制备尼龙6专用阻燃功能母料的方法。
专利CN102212228A公布了一种以20～40%聚丙烯为载体，通过熔融挤出造粒，制备无卤阻燃聚丙烯母料的方法。
专利CN102190853A公布了一种以30%～40%重量比）丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS）为载体，通过熔融挤出造粒，制备阻燃ABS母料的方法。
专利CN1760264A公布了一种以80～100%（重量比）酚醛环氧树脂为载体，以有机改性钠基蒙脱土为协效阻燃剂，通过高温搅拌制备纳米复合阻燃母料的方法。
专利CN1410480A公布了一种以2%～5%（重量比）乙烯-醋酸乙烯共聚物和氯化聚乙烯为相容剂，以17%～30%（重量比）三氧化二锑或/和硼酸锌、氧化锌、二氧化锡、锡酸锌和羟基锡酸锌为协效阻燃剂，通过熔融挤出造粒，制备通用型阻燃母料的方法。
专利CN101033266A公布了一种以丙烯酸酯，或苯乙烯为单体，通过乳液插层法制备聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料的方法。
专利CN101792536A公布了一种以90%～99%（重量比）的水或水与醇或/和酮的混合物为稀释剂制备粘连剂，通过15%～35%（重量比）粘连剂与滑石粉共混、常温挤出、干燥，制备无载体高含量滑石粉母粒的方法。
专利CN102504334A公布了一种以3%～5%（重量比）水为稀释剂，1%～3%（重量比）硅酸钠为粘连剂，通过常温搅拌、双棍加压造粒，制备高含量、通用性广的滑石粉填充母粒的方法。
上述专利公开的技术，不同程度存在下述不足，影响了其在各个领域的使用：
①通用性差。由于不同树脂具有不同的相容性，载体母料最适用于载体树脂的阻燃，而与其它非载体树脂共混时，存在相容性问题，易造成阻燃材料物理化学性能的大幅度下降，限制了其应用范围，如专利CN102558850A、专利CN102212228A、专利CN102190853A和专利CN1760264A。
②有效成分低。在专利CN102558850A、专利CN102212228A、专利CN102190853A和专利CN1760264A中，由于载体树脂的应用，有效成分含量低于80%，添加量大，成本高。
③高温加热。专利CN102558850A、专利CN102212228A、专利CN102190853A和专利CN1410480A，均通过熔融挤出造粒制备母粒。一方面能耗高，增加母粒制造成本，另一方面在高温处理过程中，易造成阻燃组分热降解，从而降低阻燃效率。
④制备过程复杂。专利CN101033266A通过化学反应方法制备阻燃母粒，制备过程复杂，成本高，不利于推广。专利CN101792536A与专利CN102504334A提供了一种无载体高含量母粒的常温制备方法，但由于水或水与醇或/和酮的使用，后处理存在干燥或溶剂回收问题，增加了制备工艺的复杂性。
发明内容
本发明提供了一种添加到有机合成材料中的无载体、通用性广、有效组分含量高、无需高温加热、制备简单的环保协效阻燃母粒及其制备方法。
实现本发明目的之一的无载体环保协效阻燃母粒，包括（重量比）：协效阻燃剂85%～95%；活性支化高分子量硅氧烷5%～10%。
所述协效阻燃剂包括（重量比）：三氧化二锑50%～70%，无机协效阻燃剂30%～50%。
所述三氧化二锑纯度≥99.8%，粒径≤1μm。
所述无机协效阻燃剂为FRP-33，此产品本申请人已经申请专利，并已授权，申请公布号为CN102212207A，即所述FRP-33包括（重量比）：纳米二氧化硅10%～15%，氧化镁70%～80%，氧化铝3%～5%，硅烷偶联剂1%～2%，季戊四醇四硬脂酸酯1%～8%。
所述活性支化高分子量硅氧烷为多羟基、或多环氧基支链型聚硅氧烷中的一种或几种。
实现本发明目的之二的无载体环保协效阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
（1）用高速混料机将协效阻燃剂、活性支化高分子量硅氧烷混合均匀，混合温度为70～80℃，混合时间为30分钟；
（2）把步骤（1）混合好的粘结物料加到双棍冷压成型机中，常温挤压成型，振动过筛，得到产品。
本发明的无载体环保协效阻燃母粒及其制备方法的有益效果如下：
本发明的无载体环保协效阻燃母粒及其制备方法，通过选择活性支化高分子量硅氧烷与协效阻燃剂搅拌共混，粘连后常温挤压成型，振动过筛，得到无载体环保协效阻燃母粒。由于不含有载体树脂，不存在与被阻燃树脂之间相容性问题，通用性广；且其有效成分含量高（重量比85%～95%），添加量小，阻燃效率高，且制备过程无需高温加热，生产机械普通、易得，工艺过程简单，劳动强度低，具有较强的可操作性。
具体实施方式
通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步了解本发明，但它们不是对本发明的限定。
另外，除非特别说明，本发明中所采用的百分比均为重量百分比。
实施例一
将85%的协效阻燃剂（三氧化二锑60%，FRP-3340%）与15%环氧基支链型聚硅氧烷放入高速搅拌机高速搅拌至70～80℃，搅拌约30分钟左右，当无粉尘时，将混合好的粘结物料加到双棍冷压成型机中，常温挤压成陀螺型或圆柱型母粒，振动过筛，制成无载体环保协效阻燃母粒。
实施例二
将90%的协效阻燃剂（三氧化二锑60%，FRP-3340%）与10%环氧基支链型聚硅氧烷放入高速搅拌机高速搅拌至70～80℃，搅拌约30分钟左右，当无粉尘时，将混合好的粘结物料加到双棍冷压成型机中，常温挤压成陀螺型或圆柱型母粒，振动过筛，制成无载体环保协效阻燃母粒。
实施例三
将95%的协效阻燃剂（三氧化二锑60%，FRP-3340%）与5%环氧基支链型聚硅氧烷放入高速搅拌机高速搅拌至70～80℃，搅拌约30分钟左右，当无粉尘时，将混合好的粘结物料加到双棍冷压成型机中，常温挤压成陀螺型或圆柱型母粒，振动过筛，制成无载体环保协效阻燃母粒。
实施例四
将90%的协效阻燃剂（三氧化二锑50%，FRP-3350%）与10%环氧基支链型聚硅氧烷放入高速搅拌机高速搅拌至70～80℃，搅拌约30分钟左右，当无粉尘时，将混合好的粘结物料加到双棍冷压成型机中，常温挤压成陀螺型或圆柱型母粒，振动过筛，制成无载体环保协效阻燃母粒。
实施例五
将90%的协效阻燃剂（三氧化二锑70%，FRP-3330%）与10%环氧基支链型聚硅氧烷放入高速搅拌机高速搅拌至70～80℃，搅拌约30分钟左右，当无粉尘时，将混合好的粘结物料加到双棍冷压成型机中，常温挤压成陀螺型或圆柱型母粒，振动过筛，制成无载体环保协效阻燃母粒。
本发明所述通用性阻燃母粒为白色产品，加入树脂后对制品色泽没有影响，也可加入普通色母粒对制品进行着色，与普通材料没有区别。
本发明实施例一、实施例二与实施例三所制成无载体环保协效阻燃母粒，按照等量有效组分替代粉体协效阻燃剂，应用于聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、尼龙66（PA66），丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS），聚丙烯（PP），高抗冲聚苯乙烯（HIPS）阻燃改性时，改性材料与粉体协效阻燃剂改性材料的性能比较如下表所示，其中所列数据都为重量百分比。
表1阻燃PBT性能对比表
表2阻燃PA66性能对比表
表3阻燃ABS性能对比表
表4阻燃PP性能对比表
表5阻燃HIPS性能对比表
通过上述对比试验证明，本发明所述的无载体环保协效阻燃母粒与不同树脂基体混合后，其阻燃性能均能达到UL94V-0级，拉伸强度、弯曲强度与热变形温度基本不受影响，悬臂梁缺口冲击强度、断裂生产率与熔体流动指数有所提高，一定程度上提高了阻燃材料的综合力学性能与加工性能。
五个实施例中所使用的协效阻燃剂与活性支化高分子量硅氧烷组分和比例交叉使用到不同种类材料中时，其阻燃效果没有明显差异，故试验数据不再赘述。
上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种无载体环保协效阻燃母粒，由以下的重量比的组分组成：三氧化二锑(85％～95％)×(50％～70％)，无机协效阻燃剂FRP-33(85％～95％)×(30％～50％)；活性支化高分子量硅氧烷5％～15％；所述FRP-33由以下的重量比的组分构成：纳米二氧化硅10％～15％，氧化镁70％～80％，氧化铝3％～5％，硅烷偶联剂1％～2％，季戊四醇四硬脂酸酯1％～8％。
2.根据权利要求1所述的一种无载体环保协效阻燃母粒，其特征在于：所述三氧化二锑纯度≥99.8％，粒径≤1μm。
3.根据权利要求1所述的一种无载体环保协效阻燃母粒，其特征在于：所述活性支化高分子量硅氧烷为多羟基、或多环氧基支链型聚硅氧烷中的一种或几种。
4.一种权利要求1～3任一项所述的无载体环保协效阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)用高速混料机将协效阻燃剂、活性支化高分子量硅氧烷混合均匀，混合温度为70～80℃，混合时间为30分钟；
(2)把步骤(1)混合好的粘结物料加到双棍冷压成型机中，常温挤压成型，振动过筛，得到产品。
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